17. Элементы акустического расчёта. Распространение звука на открытом пространстве (свободное звуковое поле)

Пусть имеем уединенный источник шума (ИШ) мощностью Р [Вт]. Источник излучает сферические акустические волны. Выберем произвольно на расстоянии r точку а и определим интенсивность звука в ней. Поскольку источник шума излучает сферические волны, то на расстоянии r от ИШ звуковая мощность Р проходит через поверхность полусферы S=4∙πr² и интенсивность звука будет равна:

, Вт/м²

Если источник шума, излучающий сферические волны, расположен на идеально звукоотражающей поверхности, то звуковая волна имеет форму полусферы:

, Вт/м²

Рис.3.4. К определению интенсивности звука.

В общем случае, если источник мощностью Р находится в вершине телесного угла Ω [стерадиан], образованного идеально-звукоотражающими поверхностями (Рис.3.4), то интенсивность звука на расстоянии r от него определится:

, Вт/м²

где Ω = 4πr - для уединенного источника, 2π - для источника на бесконечной плоскости, π - для источника у бесконечно отражающей стены, π/2 - для источника в углу или в вершине трехгранного прямого угла.

Большинство источников шума не одинаково излучают в разных направлениях. Это обстоятельство учитывается введением фактора направленности Ф_. Фактор направленности показывает во сколько раз интенсивность шума реального ИШ, излучаемого в данном направлении α отличается от интенсивности шума ИШ, излучающего сферические волны. С учетом фактора направленности, интенсивность iума реального ИШ излучающего в телесный угол Ω на расстоянии r будет равна:

, Вт/м²

Фактор направленности может быть задан таблицей, математическим соотношением или диаграммой. Если в задаче никаких сведений о его значении не приводится, то его принимают равным единице.

При распространении шума на расстояния в десятки метров и более начинает сказываться вязкость воздуха, приводящая к уменьшению шума по закону экспоненты. С учетом этого обстоятельства, окончательно интенсивность шума от ИШ мощностью Р на расстоянии r, излучающего в телесный угол Ω в направлении α определиться следующим образом:

, Вт/м²

где: к – коэффициент затухания, учитывающий вязкое трение во фронте звуковой волны.

Определим уровень интенсивности шума в расчетной точке по отношению к порогу слышимости:

Для уравнивания размерностей в первом слагаемом умножим I₀ на величину S₀ = 1 м²:

В этом выражении первое слагаемое называют уровнем звуковой мощности источника L_p. Он определяется на заводе-изготовителе в ходе испытаний и вносится в паспорт изделия.

Введя коэффициент затухания β [дБ/км], окончательно получим уравнение свободного звукового поля:

Шум в замкнутых помещениях.

Понятие о диффузном звуковом поле

В замкнутых помещениях интенсивность звука в произвольной точке I_ЗП имеет две составляющие: составляющую I_ПР, обусловленную прямой волной, идущей непосредственно от источника, и составляющую диффузного звукового поля I_ДИФФ, обусловленную многократным отражением звуковых волн от различных поверхностей:

где Р – звуковая мощность источника шума, В – постоянная помещения:

;

где S_i – площадь звукооотражающей поверхности;

α_i - коэффициент звукопоглощения звукоотражающей поверхности;

α_{с р}– средний коэффициент звукопоглощения поверхностей;

- общая площадь всех звукоотражающих поверхностей в помещении.

Коэффициент звукопоглощения α сильно зависит от частоты. В настоящее время разработаны такие поглощающие материалы и устройства, имеющие коэффициент звукопоглощения, близкий к единице, в широком спектре частот.

Если в помещении отражающие поверхности общей площадью S_общ имеют один и тот же коэффициент звукопоглощения α, то постоянная помещения равна:

Если в помещении присутствуют объемные звукопоглотители, то

; ,

где А_ОП – звукопоглощение единичным объемом звукопоглотителя, S_ОП – площадь поверхности объемного звукопоглотителя, m – количество объемных звукопоглотителей.

Определим уровень интенсивности по отношению к порогу слышимости, как это было сделано в свободном звуковом поле, и получим уравнение диффузного звукового поля.

Умножим и разделим выражение под знаком логарифма на Ф_α/Ωr²:

где - акустическое соотношение.

Определение уровня звука расчетной точке при наличии нескольких источников шума

При наличии нескольких источников интенсивность звука, создаваемого ими определяется как сумма интенсивностей от отдельного источника.

если уровни шума двух ИШ в контрольной точке различаются на 10 и более дБ, то менее мощный ИШ не оказывает никакого влияния на шумовую обстановку. Следовательно, при разработке мероприятий по уменьшению шума необходимо подавлять наиболее шумные источники.

Звукопоглощение.

Метод заключается в обработке материалами с высоким коэффициентом звукопоглощения (во всём спектре частот) максимально возможного количества звукоотражающих поверхностей. После такой обработки, как видно из соотношений (3.4), изменяется постоянная помещения В, и, следовательно, уровень звука (3.5).

Изменение уровня звука можно опреелить следующим образом. Уровень звука до обработки;

Уровень звука после обработки:

Тогда изменение уровня звука

Из последнего соотношения видно, что данный метод будет эффективен при выполнении условия:

Проще говоря, этот метод эффективен только в зоне преобладания отраженного звука. При несоблюдении этого условия использование звукопоглощения позволяет лишь незначительно (на 2÷4 дБ) снизить уровень шума, и при этом требует очень больших материальных затрат.

Этот метод используется, как правило, при невозможности использования других методов, и в основном – в случаях, когда возможно расположение рабочих мест в зоне преобладания отраженного звука (например, для рабочих мест операторов ЭВМ).

Улучшение звукопоглощения в помещении позволяет несколько уменьшить шум, проникающий в это помещение извне.